Henk J Schouten, 1 Frans Un Krens, 1 y Evert Jacobsen1
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Las pruebas y la liberación de organismos modificados genéticamente (OMG) -en particular, GM plantas está estrechamente regulada a nivel internacional para evitar los efectos negativos sobre el medio ambiente o la salud humana. Sin embargo, estas normas se basan en organismos transgénicos y no discriminan entre plantas transgénicas y plantas cisgenic, aunque creemos que son fundamentalmente diferentes (ver recuadro). Ahora, las plantas cisgenic caen bajo las regulaciones diseñadas para organismos transgénicos, posiblemente debido a que aún no han sido las aplicaciones para la aprobación de la liberación intencional de plantas cisgenic en el medio ambiente.
Las definiciones de los términos clave en relación con las plantas
Cisgénesis es la modificación genética de una planta receptora con un gen natural de una planta compatible con crossable-sexual. Tal gen incluye sus intrones y está flanqueado por su promotor nativo y el terminador en las plantas orientation.Cisgenic normalsense puede albergar uno o más cisgenes, pero no contiene ningún archivo externo transgenes.An que contiene una imagen, ilustración, etc.
La transgénesis es la modificación genética de una planta receptora con uno o más genes de cualquier organismo no vegetal, o de una planta donante que es sexualmente compatible con la planta receptora. Esto incluye secuencias de genes de cualquier origen en la orientación anti-sentido, cualquier combinación artificial de una secuencia codificante y una secuencia reguladora, tal como un promotor de otro gen, o un archivo externo gene.An sintética que contiene una imagen, ilustración, etc .
La cría tradicional abarca todos los métodos de cultivo de plantas que no entran en OGM actual regulations.As el marco jurídico europeo define OGM y especifica varias técnicas de cría que se excluyen de la normativa OGM, utilizamos este marco como punto de partida, en particular la Directiva Europea 2001 / 18 / CE sobre la liberación intencional de OMG en el medio ambiente (Parlamento Europeo, 2001). Quedan excluidos de la presente Directiva OGM son cruce de larga data, la fertilización in vitro, inducción poliploide, mutagénesis y fusión de protoplastos de plantas sexualmente compatibles (Parlamento Europeo, 2001) .Un archivo externo que contiene una imagen, ilustración, etc.
Aunque la transgénesis y cisgénesis ambos utilizan la misma modificación genética técnicas-saber, la introducción de uno o más genes y sus promotores en un-cisgénesis planta implica sólo los genes de la propia planta o de un pariente cercano, y estos genes también podría ser transferido por tradicional técnicas de cría. Si la normativa OGM internacionales actuales, que se basan principalmente en el proceso de transferencia de transgenes, siguen sin diferenciar entre plantas cisgenic y transgénicos, el uso de cisgénesis podría verse seriamente obstaculizado. Sólo Canadá tiene ahora en lugar de un sistema de regulación basado en procesos a base de un producto, y por lo tanto tiene la posibilidad legal para controlar las plantas cisgenic menos estricta que las plantas transgénicas. Cualquier restricción a cisgénesis podrían bloquear o retrasar aún más la investigación en la mejora de las variedades de cultivos, especialmente en lo que un creciente número de genes funcionales de los cultivos y sus parientes silvestres susceptibles de cruzamiento se están aislados y son susceptibles de convertirse en cisgénesis. Sostenemos que las plantas cisgenic son fundamentalmente diferentes de plantas transgénicas, y por lo tanto deben ser tratados de manera diferente según la normativa OGM.
Si la normativa OGM internacionales actuales ... siguen sin diferenciar entre plantas cisgenic y transgénicos, el uso de cisgénesis podría verse obstaculizado seriamente
En el caso de la transgénesis, el gen transferido generalmente deriva de una especie exótica que no es ni la especie receptora ni un pariente cercano, sexualmente compatibles. En otras palabras, la transgénesis se puede extender la reserva genética de la especie receptora. Tal un nuevo gen podría proporcionar a la planta de destino con un nuevo rasgo que no ocurre en la especie receptora en la naturaleza, ni puede ser introducido a través de la cría tradicional. Esta novela rasgo podría afectar el estado físico de la especie receptora de diversas maneras; un cambio en la condición física puede luego se extendió a través de flujo de genes entre un cultivo GM y sus parientes silvestres (den Nijs et al, 2004), lo que podría crear cambios en la vegetación natural. En consecuencia, los legisladores y las autoridades reguladoras han prestado mucha atención a la seguridad de la liberación intencional de los cultivos transgénicos en el medio ambiente y han puesto en los marcos de bioseguridad lugar para controlar este riesgo.
En el caso de una planta cisgenic, el gen de interés, junto con su promotor, ha estado presente en la especie o en un pariente compatible sexualmente durante siglos. Por lo tanto cisgénesis no altera el acervo genético de la especie receptora y no proporciona características adicionales. No hay cambios en la aptitud producen eso no pasaría a través de cualquiera de cría tradicional o flujo génico natural. Del mismo modo, cisgénesis conlleva ningún riesgo-como los efectos sobre los organismos no objetivo o los ecosistemas del suelo, toxicidad o un posible riesgo de alergia a los alimentos o de alimentación distintas de las que también se incurre por mejoramiento tradicional GM. Esta es la diferencia fundamental entre cisgénesis y transgénesis. En consecuencia, la liberación y el mercado de introducción deliberada de plantas cisgenic es tan seguro como la liberación y la introducción en el mercado de las plantas tradicionalmente criados. En el tema de la seguridad, los reguladores podrían tratar las plantas cisgenic lo mismo que las plantas cultivadas convencionalmente (Schouten et al, 2006).
En el tema de la seguridad, los reguladores podrían tratar las plantas cisgenic lo mismo que las plantas cultivadas convencionalmente
De hecho, cisgénesis tiene un gran potencial para superar un obstáculo importante en la cría tradicional. Durante la cría de introgresión, una planta silvestre con un rasgo interesante es cruzado con un genotipo de alta calidad, como un cultivar. La planta silvestre, sin embargo, pasa no sólo sus genes de interés a la progenie, pero también otros, a veces, deletéreos genes. Este llamado arrastre vinculación puede ralentizar el proceso de mejoramiento enormemente, sobre todo si el gen de interés se genéticamente estrechamente vinculada a uno o más genes deletéreos. Para reducir la resistencia de vinculación, los fitomejoradores generalmente necesitan sucesivas generaciones de retrocruzamiento recurrente con la planta cultivada y la selección simultánea para el rasgo de generar un genotipo en la que el gen de interés ya no está vinculado a ningún genes no deseados. Por el contrario, cisgénesis aísla sólo el gen de interés de la planta donante, que luego se inserta en el receptor en un solo paso. Como se transfieren no hay otros genes, este método evita la vinculación de arrastre. Esto puede mejorar la velocidad de reproducción, especialmente si varios genes de diferentes parientes deben combinarse en una variedad de élite, por ejemplo, para obtener una resistencia multigénica durable. Esta es la principal ventaja de la cisgénesis en comparación con la cría de introgresión tradicional.
Cisgénesis es un método particularmente eficaz para la fertilización cruzada de plantas heterocigóticas que se propagan vegetativamente, como la patata, manzana y plátano. Se puede mejorar directamente una variedad existente sin alterar la composición genética de la planta. Introgresión de cría tradicional de plantas cruzadas fertilización no permite la introducción de genes de germoplasma silvestre sin mezclar la combinación de alelos en el genotipo heterocigótico destinatario elite existente.
Un ejemplo es la introducción del gen de resistencia a la sarna del manzano Vf de un salvaje en una manzana cultivada, que comenzó a principios de los años 1950 (Hough et al, 1953; Schmidt & van de Weg, 2005). A pesar de más de 50 años de programas de mejoramiento tradicionales, las nuevas variedades de manzana que llevan este gen aún tienen que adquirir la misma calidad de la fruta en términos de sabor y textura como las variedades principales susceptibles, debido a la vinculación de arrastre. Como el gen Vf recientemente ha sido clonado (Belfanti et al, 2004), su transferencia a las variedades de élite utilizando cisgénesis podría conducir a mejores resultados en un tiempo considerablemente más corto.
Del mismo modo, los programas de cría destinados a la prestación de patatas con resistencia duradera a los oomycete Phytophthora infestans-patata-tizón causante finales requieren una serie de genes de especies resistentes salvajes como Solanum demissum y S. bulbocastanum. La introgresión de cría con el nuevo donante S. bulbocastanum comenzó a principios de 1970, pero sólo ha tenido un éxito limitado, debido a la vinculación de arrastre. Mientras tanto varios genes de resistencia natural han sido aislados de este donante y de S. demissum (Huang et al, 2005; van der Vossen et al, 2005), lo que permitiría a los criadores de utilizar cisgénesis para hacer variedades de élite susceptibles existentes papa resistentes por apilamiento de genes de resistencia clonados.
El requisito previo para cisgénesis es el aislamiento y caracterización de genes de interés de los familiares susceptibles de cruzamiento. La cantidad cada vez mayor de información de la secuencia de ADN de los genes individuales, familias multigene y genomas de plantas enteras, combinados con nuestra creciente conocimiento de las funciones de genes, ha permitido una búsqueda dirigida para los alelos beneficiosas entre plantas cultivadas y sus parientes silvestres. En la última década, un gran número de genes naturales de los cultivos y sus parientes silvestres han sido aislados, muchos de los cuales codifican rasgos importantes, como la resistencia a las enfermedades y la calidad. Muchos de estos genes son ahora lo suficientemente caracterizado y está listo para ser transferido a los cultivos de élite.
Sin embargo, si esta técnica se convertirá en una nueva y poderosa herramienta depende en gran medida de varios factores: cómo las plantas cisgenic son tratados por los marcos legales (Bradford et al, 2005) existentes; la aceptación del consumidor de estos productos; si estas plantas y productos derivados de ellas deben ser etiquetados como transgénicos; y los derechos de propiedad intelectual sobre las tecnologías y los genes transgénicos. Aunque la propiedad intelectual y la aceptación del consumidor son en gran medida fuera del control de los legisladores y reguladores, sería sensato para regular las plantas cisgenic diferente a las plantas transgénicas.
Evidentemente, plantas cisgenic aún deben ser probados para confirmar que contienen sólo las modificaciones pretendidas y no hay genes extraños, como un gen columna vertebral de un plásmido. Si tal gen extraño se introduce sin querer, la planta es, por definición, transgénico.
Evidentemente, plantas cisgenic aún deben ser probados para confirmar que contienen sólo las modificaciones pretendidas y no hay genes extraños ...
Con respecto a la reserva genética de la especie, cisgénesis es equivalente a la cría tradicional. Sin embargo, hay diferencias, como tecnología de ADN recombinante ciertamente no es la misma que la recombinación meiótica. En primer lugar, la secuencia donante se inserta en el genoma en una posición desconocida a priori, que pueda afectar a la metilación del ADN y otros factores que a su vez puede influir en la expresión génica. Un argumento en contra es que biológica y (de) metilaciones también se producen translocaciones en la naturaleza. Lai et al (2005) mostró que los transposones en el maíz Helitron capturar un fragmento de ADN de 5,9 kilobases de largo que contiene tres genes y se mueven a otra parte del genoma del maíz. Este es un proceso natural, sin ninguna intervención humana. Además, un argumento en contra de regulación es el hecho de que la cría tradicional también causa translocaciones de fragmentos de ADN a posiciones previamente desconocidas (Lin et al, 1999; Li et al, 2005). Estos pueden incluir fragmentos grandes, que contiene cientos de genes. El hecho de que la ubicación del gen insertado es al azar no es una diferencia fundamental entre la cisgénesis y la cría tradicional.
En segundo lugar, la inserción de un cisgene resulta en una mutación en el sitio de inserción. Por otra parte, reordenamientos o translocaciones pueden ocurrir en las regiones de acompañamiento (Forsbach et al, 2003; Tax & Vernon, 2001). Estas mutaciones pueden noquear a los genes, abrir nuevos marcos de lectura y con ello inducir efectos fenotípicos. Pero las mutaciones naturales y reordenamientos en los genomas de plantas son comunes, especialmente en las regiones cromosómicas donde transposones son activos. Reorganización del genoma no deseado también puede ser inducida por el ataque de patógenos, estrés abiótico y entre especies de hibridación (Madlung y Comai, 2004). Un argumento en contra de regulación es que, en Europa, la cría de mutación es ahora exentos de las regulaciones sobre la liberación de OMG en el medio ambiente (Parlamento Europeo, 2001). Por lo general, la mutagénesis se consigue ya sea por radiación o productos químicos, ambos de los cuales conducen a mutaciones y translocaciones aleatorios. En general, la mutagénesis provoca cambios más grandes a nivel del ADN en comparación con los cambios que se producen en el sitio de integración de un transgén o cisgene (Shirley et al, 1992; Cecchini et al, 1998).
Sin embargo, en el caso de la cría de mutación, las regulaciones actuales no requieren caracterización molecular de todas las mutaciones en una planta antes de introducción en el mercado, y la naturaleza y el número de las mutaciones introducidas son generalmente desconocido. En los últimos 70 años, la cría de mutación ha dado lugar a más de 2.250 variedades de plantas, derivados ya sea como mutantes directos o desde sus progenies (Ahloowalia et al, 2004). Aunque se han producido y utilizado como alimento, pienso o como plantas ornamentales en más de 30 países durante varias décadas (Ahloowalia et al, 2004) estas variedades de plantas de mutación-deriva, no tenemos conocimiento de algún indicio de que las mutaciones subyacentes han causado daños a el medio ambiente, o tuvo efectos adversos sobre la salud humana o animal (Van Harten, 1998). Esta es una evidencia circunstancial de que la proyección fenotípica y selección proceso de la regla en fitomejoramiento programas en combinación con otros procedimientos de selección convencionales antes de la introducción de nuevas variedades en el mercado, han sido suficientes para reducir el riesgo de mutaciones desconocidas a un aceptablemente bajo nivel. Para el desarrollo de variedades cisgenic, el cribado fenotípico similar y selección serán la regla. Así, podemos inferir que cisgénesis y cría mutación no difieren fundamentalmente en lo que respecta a las mutaciones no deseadas.
En tercer lugar, la secuencia donante no reemplaza una secuencia alélica, pero se añade al genoma la especie receptora. Debido al proceso de transferencia de genes, es posible que la nueva secuencia se inserta varias veces en un genoma, lo que podría afectar a la expresión génica y, por lo tanto, el fenotipo. Sin embargo, la duplicación de genes es una ocurrencia natural común, por ejemplo en el caso de los genes de resistencia u otras familias multigénicas (Bergelson et al, 2001). De hecho, la duplicación es una parte integral de la evolución de familias de genes. Por otra parte, ni el aumento del nivel de ploidía de ADN duplicación de todo el genoma que podrían afectar a la expresión de numerosos genes, ni el uso de adiciones monosómicas, se considera ahora en cualquier regulación de OGM (Parlamento Europeo, 2001), pero se han aplicado desde hace décadas en el fitomejoramiento. El hecho de que el cisgene transferido se añade al genoma del destinatario no es fundamentalmente diferente de los procesos naturales o técnicas de cultivo tradicionales.
En cuarto lugar, la planta cisgenic podría contener algunas secuencias pequeñas, no codificantes del vector tales como bordes de T-DNA, que son 25 pares de bases repeticiones imperfectas que delimitan el segmento de DNA transferido a las células vegetales cuando se utiliza la transferencia de genes mediada por Agrobacterium. Otras secuencias no codificantes del vector podrían ser partes de un sitio de clonación múltiple o restos de sitios de recombinación que se utilizaron para escindir secuencias de ADN no deseadas, tales como un gen de selección, después de la transferencia de ADN (Schaart et al, 2004). Sin embargo, estas secuencias cortas de ADN son por naturaleza no codificante y es poco probable que tenga un efecto fenotípico. Por otra parte, algunos investigadores han identificado varias secuencias de ADN dentro de las plantas que están en esencia idéntica a y pueden ser utilizados para reemplazar funcionalmente las secuencias del vector cortos, tales como bordes de T-ADN (Rommens et al, 2004; Conner et al, 2006). En consecuencia, el proceso de transferencia de genes introduciría ningún ADN alienígena, ni siquiera no codificante de ADN extraño. Sin embargo, creemos que esto no es más que una adaptación semántica, más que un medio de control de riesgo.
Por definición, cisgénesis es una forma de modificación genética, ya que transfiere un gen y su promotor a una especie receptora. Sin embargo, el producto es claramente diferente de plantas transgénicas, que se derivan mediante la transferencia de genes "extraños" o artificiales, o combinaciones artificiales de genes y promotores. Por lo tanto, cisgénesis respeta barreras de las especies, y en este sentido difiere fundamentalmente de la transgénesis. Nosotros sostenemos que, por esta razón, las plantas cisgenic son similares a las plantas tradicionalmente criados, porque los genes transferidos provienen de la misma reserva genética. En consecuencia, las plantas cisgenic son tan seguros como plantas tradicionalmente criados.
Por lo tanto, cisgénesis respeta barreras de las especies, y en este sentido difiere fundamentalmente de la transgénesis
Aunque el marco legislativo europeo sobre los OGM que se refiere a la mutagénesis y la fusión de células de plantas sexualmente compatibles como los métodos de modificación genética, las plantas transgénicas resultantes se excluyen de este marco por la Directiva OGM (Parlamento Europeo, 2001). Teniendo en cuenta que los productos de cisgénesis son más similares a las plantas obtenidas por mutagénesis o métodos tradicionales de cultivo, cisgénesis también debe ser excluido de los marcos de OGM (figura 1) y regulado de la misma manera como la cría tradicional. Dado el gran potencial que cisgénesis tiene que acelerar el proceso de mejoramiento de las plantas, en particular, para obtener la resistencia multigénica duradero, tal decisión podría mejorar en gran medida las perspectivas económicas y ambientales de la agricultura.
Anexo 1 B de la Directiva OGM 2001/18 / CE (Parlamento Europeo, 2001). Se propone la adición de la última frase, para incluir cisgénesis.
Henk J. Schouten
Frans A. Krens
Evert Jacobsen
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Expresiones de gratitud
Este estudio fue apoyado financieramente por Transforum, inició y en parte financiado por el gobierno holandés para contribuir a una infraestructura de conocimiento más sostenible e innovador en la agricultura.
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Referencias
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Artículos de EMBO Reports se proporcionan aquí cortesía de la Organización Europea de Biología Molecular
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